单晶富镍阴极如何通过晶体滑动和微裂纹来提高锂离子电池性能?
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发布时间：2024-10-24 05:29
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时间：2024-11-04 15:22
单晶技术：为锂离子电池的未来打开新可能
电池技术的革新者们正在探索新的路径，以提升锂离子电池的性能和持久性。在《科学》杂志上，能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）的科学家们揭示了一项突破性发现——如何通过增强单晶、高镍阴极的硬度和效率，为下一代电动汽车电池铺平道路。阴极，作为电池核心组件，是电池性能的关键决定因素。
全球科研团队致力于研发更高能量密度、更长使用寿命且成本更低的电池，这对电动汽车的普及至关重要。然而，电池内部复杂的分子互动与化学反应的管理，一直是技术面临的重大挑战。电池的稳定性和尺寸控制，以及成本的平衡，都是亟待解决的问题。
富镍阴极：能量存储的潜力与挑战
科学家们正在通过提高镍在阴极材料中的含量来寻求突破，镍以其相对低廉的成本、广泛可用性和较低毒性，成为电池制造商的首选。尽管镍的潜力巨大，但高镍阴极在稳定性方面存在问题，过多的镍会导致不良副反应和材料损坏，处理难度增大。
PNNL电池研究团队的负责人，杰肖博士强调了这一领域的关键性：“富含镍的阴极材料在能量储存上具有巨大的潜力，但大规模应用的挑战仍然存在。”
为解决这些问题，科学家们正在尝试转向单晶阴极。PNNL的科学家们研发了一种在高温氯化钠熔融盐中培育高性能晶体的创新工艺，这使得单晶能够抵抗环境影响，提供更持久的性能，类似于露营时冰块的冷却效果，单晶晶体更稳定，不易分解。
单晶阴极的微裂纹：可逆性与预防
团队发现，单晶阴极的微裂纹主要源于晶体滑动，这是一种部分可逆的过程。通过深入研究，他们找到了减少滑动和微裂纹的方法，利用锂离子的自然作用，有望逆转晶体变形。通过优化电池操作电压和控制晶格稳定性，科学家们正在为单晶阴极的广泛应用扫清障碍。
令人振奋的是，与现有电池相比，研究团队预测单晶高镍阴极可以提升25%的能量利用率。PNNL正与全球领先的电池制造商Albemarle Corporation合作，共同探索以千克级规模生产这种新型阴极的可能性，以期推动电池技术的革新。
单晶技术的突破，无疑为锂离子电池的未来发展带来了新的希望，预示着电动汽车的续航里程和性能将迈向一个全新的高度。
